Ag/TiO_2光催化剂研究:Ⅱ.可见光的催化作用及其应用

研究了用胶体Ag纳米粒子负载法合成的Ag/TiO2光催化剂对可见光催化降解目标污染物亚甲基蓝和苯酚的催化活性。根据Ag/TiO2催化剂样品的UV-Vis吸收光谱和XPS表征的Ag粒子结合能,探讨了可见光激发Ag/TiO2的催化机理。同时,实验了催化剂在太阳光照射下对城市污水水样的催化净化作用。结果表明,以8 nm银胶粒子负载形成的0.5%Ag/TiO2光催化剂具有较高的可见光光催化活性;当用这一催化剂催化净化城市污水水样时,催化后水质依照COD值进行评价能够达到国家城市污水处理厂排放一级A标准。     

Ag/TiO_2光催化剂研究:Ⅰ.银粒子尺寸对光催化性能的影响

以化学还原法制备的不同尺寸的胶体Ag纳米粒子为前体,采用浸渍法合成了Ag/TiO2光催化剂;利用UV-V is、XRD、TEM等技术对银纳米粒子和Ag/TiO2催化剂样品分别进行了表征。以亚甲基蓝为光解目标污染物,研究了不同尺寸的银纳米粒子浸渍所形成的Ag/TiO2催化剂样品的光催化性能。结果表明,银纳米粒子的负载不会改变TiO2的晶体结构,但其尺寸对催化剂的光催化活性影响极大;此外,银负载量也是影响Ag/TiO2光催化剂活性的重要因素。在负载的最佳Ag粒子尺寸下,0.5%Ag/TiO2催化剂的光催化活性最高。     

银纳米粒子熔化的尺寸效应研究

采用分子动力学方法对银纳米粒子进行了熔化过程的模拟,研究分析了银纳米粒子熔化的尺寸效应问题。仿真结果表明,银粒子固-液相变时,其系统势能在某一温度范围内具有明显的突变,熔化过程类似于非晶体,并且银纳米粒子的熔化温度明显低于块状材料,随着纳米粒子尺寸的减小,其熔点也随之降低,根据仿真结果及理论分析建立了纳米粒子熔点与粒径之间的数值关系,并分析了相关的主导机制。     

Pd-AgNbO3光催化剂的合成及其光催化活性研究

采用浸渍法制备Pd-AgNbO3光催化剂,并运用XRD、XPS、SEM-EDS和DRS等方法对光催化剂进行表征与分析。以亚甲基蓝染料(MB)为降解污染物,考察Pd掺杂对AgNbO3光催化活性的影响。结果表明,Pd引入后AgNbO3的晶型结构及表面性质并未发生变化。DRS分析表明,Pd掺杂后光催化材料在可见光区的吸光度明显提高。光催化降解实验表明,当Pd的掺杂量为0.8%(质量分数,下同),热处理温度为400℃,煅烧时间为3h时,光催化降解活性最高,MB降解率为92.2%。Pd-AgNbO3光催化降解MB符合一级反应动力学特性。     

聚乙二醇对CuO/Al_2O_3光催化剂制备与活性的影响

以葡萄糖为模板、聚乙二醇(PEG-4000)为分散剂通过一步水热法所得前驱体,经600℃焙烧4 h得到CuO/Al2O3光催化剂,并对样品进行XRD、SEM、TEM、BET、TG/DTA和XPS等表征分析。在模拟太阳光照射下,以甲基橙溶液的光催化降解考察样品的光催化活性,研究焙烧温度、添加PEG-4000对样品光催化活性的影响。结果表明:PEG-4000的添加对产物的晶相和比表面积有一定影响;当焙烧温度600℃,加入10%PEG-4000到前驱体CuO/Al2O3中时,光催化活性最佳;光照60 min后,0.5 g/L光催化剂用量对甲基橙的脱色率达96.7%,与未加PEG-4000的样品比较,相同条件下对甲基橙的脱色率提高6.5%。     

铜/银合金纳米粒子的制备及表征

研究了铜/银合金纳米粒子的制备方法,用抗坏血酸做还原剂,制备了粒径小的纳米铜粉。由于纳米铜粉的稳定性差,易氧化,为了提高其稳定性,在制备的纳米铜粉中加了少量的Ag+,在纳米铜粉表面还原制备出银纳米层覆盖于在铜上。所制备的纳米铜/银合金纳米粒子稳定性好,具有纳米粒子的效应,有望应用于印制电路的制造。该制备方法可以减少传统印制电路板制作方法的工序,节约资源,且减少对环境的污染。     

Ag改性TiO2／SnO2纳米薄膜及光催化降解甲基橙的性能

以光还原沉积法对TiO2/SnO2薄膜进行Ag改性,制备Ag-TiO2/SnO2纳米薄膜,讨论紫外光照时间、光照强度、AgNjO3浓度等工艺条件埘光催化活性的影响.用XRD和SEM对薄膜的结构、表面形貌和化学组成进行表征,以甲基橙为模拟污染物对光催化性能进行测定.结果表明:在最佳条件下制备的Ag-TiO2/SnO2薄膜,Ag担载量为0.51%(摩尔分数),Ag簇直径在30～90 nm之间:薄膜具有较高的光催化活性,对甲基橙的降解率是修饰前TiO2/SnO2薄膜的2.02倍,是相同质量TiO2/ITO薄膜的3.30倍;催化活性的提高,源于反应机理的改变:薄膜中Ag-TiO2异质结的引入,一方面进一步促使光生电荷的分离,另一方面加速了氧气与激发电子的还原反应.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

目的 获得在可见光下光催化活性较好,且可回收、可重复利用的光催化材料。方法 在钛基底上采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列（TiO2 NTAs）,将TiO2 NTAs在10%尿素溶液中浸渍不同时间后,在氮气保护下高温热分解,制备g-C3N4/TiO2 NTAs复合薄膜。采用XRD、SEM、TEM对复合薄膜进行物相及形貌的表征,在可见光照射下,通过亚甲基蓝溶液的催化降解实验来评估复合薄膜的光催化活性。结果 在10%尿素溶液中浸渍不同时间后所获得的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,其可见光催化活性均较纯TiO2 NTAs有所提高,而且随浸渍时间的增加,其可见光催化活性依次增加。浸渍时间为6 h的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,在可见光下的光催化活性最高,在120 min内对亚甲基蓝的降解率可达73%。继续增加浸渍时间,所获得的TiO2 NTAs样品的可见光催化活性有所降低。结论 g-C3N4与TiO2 NTAs复合,可以有效提高TiO2 NTAs的光催化活性,其原因是g-C3N4的复合提高了载流子的传递效率,同时也提高了对可见光的吸收。     

镨和氮共掺杂纳米TiO2光催化剂的制备与性能

采用溶胶-凝胶法结合微波化学法制备高活性可见光响应型镨(Pr)和氮(N)共掺杂纳米TiO2光催化剂(Pr-N-TiO2).通过XRD、FT-IR、UV-Vis和TEM等手段对Pr-N-TiO2光催化剂样品进行表征和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察Pr-N-TiO2光催化剂对MB的光催化降解效果.结果表明Pr和N共掺杂TiO2能有效地抑制TiO2的晶粒生长,共掺杂离子之间的协同作用使得Pr-N-TiO2光催化剂的光谱吸收阈值波长发生红移,荧光光谱强度明显降低,光催化活性显著提高;在日光灯下,6h内,Pr-N-TiO2光催化剂对MB的光催化降解率达92.81%,明显优于DegussaP25的(45.01%).     

水热法制备ZnS/Ag复合纳米线及其光催化性能研究

采用水热法制备了负载Ag的ZnS纳米线,通过XRD, TEM以及UV-Vis对所合成的纳米线的相结构、形貌以及光学性能进行了表征。并以甲基橙为目标降解物,评价了所制备的复合纳米线在紫外光下的光催化性能。研究结果表明,水热法制备的ZnS纳米线对甲基橙溶液的光催化活性比商业ZnS粉体更高,并且银的负载对ZnS纳米线的光催化活性有显著的提高作用。这是由于银粒子复合ZnS纳米线能促进光生电子空穴对分离,增多ZnS纳米线的反应活性点,从而提高其光催化活性     

纳米Cu_2O/Ag/TiO_2三层复合薄膜的结构及性能

通过磁控溅射方法制备了一种新颖的纳米Cu2O/Ag/Ti O2三层复合薄膜。用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见分光光谱仪(Uv-vis)和荧光光谱仪(FLO)对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能及Ag金属中间层的存在对复合薄膜的影响进行了分析。此外,对薄膜光催化性能的研究表明,插入Ag层的纳米Cu2O/Ag/Ti O2三层复合薄膜显示出远高于Cu2O/Ti O2双层复合薄膜的可见光催化活性。催化性能的提高归因于Ag金属中间层的存在,提高了三层复合薄膜的可见光吸收强度,增加了表面积,促进了激发电子的转移及光生电子和空穴的分离。     

Ag_2CO_3修饰TiO_2增强其光催化降解甲基橙研究

在TiO_2表面沉积Ag_2CO_3制备了Ag_2CO_3/TiO_2异质结光催化剂。用X射线衍射、比表面(BET)、能量散射X射线谱(EDS)表征催化剂的结构和组成,用表面光电压谱(SPV)研究了光催化剂的光生电荷分离特性,并考察了异质结光催化剂对甲基橙的光催化降解活性。结果表明,Ag2CO3沉积在TiO_2表面有效增加了异质结光生电子-空穴分离速率,从而增强了光催化剂对甲基橙的光催化降解性能。     

纳米复合材料Ag/TiO2微波辅助合成与光催化性能

采用EO20PO70EO20(P123)作为模板剂,通过溶胶-凝胶-程序升温溶剂热一步法并经不同时间微波辐射处理,制备了一系列纳米复合材料Ag/TiO2。采用XRD、XPS、TEM、N2吸附-脱附测定和SEM-EDS等测试手段对其组成、结构及形貌等进行表征。结果显示,微波辐射5min制备的Ag/TiO2晶型结构最佳,该产物中Ag以单质形式存在,其比表面积可达100.64m2·g-1,平均孔径约为6.9nm。与未经微波辐射样品相比,其颗粒细小、结构规则、分布均匀、无明显团聚现象。以甲基橙为模型分子,考察经不同时间微波辐射处理的纳米复合材料Ag/TiO2的紫外光催化活性。结果表明,在微波功率为200W,微波时间为5min时获得的Ag/TiO2的催化活性最高,循环使用3次后降解率仍能达到80%以上。     

反应合成法制备Ag/SnO2复合材料中Ag6O2/SnO2低指数界面研究

利用Ag/SnO2复合材料界面高分辨透射电镜分析结果,运用第一性原理对复合材料界面结合进行模拟计算.结果表明,反应合成后Ag6O2(101)面与SnO2(110)面存在晶格匹配,结合能,布居分布和态密度均表明这两个自由表面相结合与实验现象吻合,电子差分密度进一步证实未分解的Ag6O2向Sn提供富氧环境,利于纳米SnO2颗粒生成,最后分析界面表层原子的弛豫状态.     

银反点阵列/TiO_2材料的制备及光催化性能研究

采用胶体晶体模板技术和磁控溅射工艺,制备了银反点阵列修饰TiO_2薄膜。用扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见分光光度计和四探针测试仪等手段对复合薄膜的结构和光催化性能进行了表征。结果表明,银反点阵列具有优良的导电性能,可有效抑制光生载流子的复合,增强载流子输运的效率,使TiO_2的光催化性大幅提升。     

原子氧对金属Ag及其表面TiO2-有机硅热控涂层的侵蚀

在微波电离型原子氧(AO)源地面模拟设备中对空间材料Ag及TiO2-有机硅热控涂层进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA-9分光度计、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对模拟原子氧(AO)环境中的Ag及其涂覆有机硅热控涂层的表面所发生的侵蚀与防护作用进行了表征。结果表明，AO对Ag表现了较严重的侵蚀作用，而所施用的TiO2-有机硅热控涂层的表面形貌则变化甚少，该涂层对AO辐照有较强的防护效果、较好的空间稳定性(AO辐照前后△α≈0)和热控性能。     

银金修饰TiO2纳米管阵列光阳极的制备及其光伏性质

采用阳极氧化法,以金属钛箔为原料制备了TiO2纳米管阵结构染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)光阳极,并用电沉积、光沉积和真空蒸发法对其表面分别进行金属Ag和Au修饰。对金属修饰前后的光阳极用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)表征发现:阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列结构规整有序;经过化学沉积后,其表面均覆盖有一层致密的金属粒子薄膜。测量光电流密度-电压(J-V)曲线和电化学阻抗谱(EIS)发现:相比纯TiO2纳米管阵列,经过Ag修饰后的TiO2阵列其短路电流密度和开路电压最大可以分别提高到前者的4.9和1.7倍,并且其电化学阻抗出现显著降低。研究表明:金属Ag修饰改善了TiO2纳米管之间的连通性,提高了TiO2光阳极中电子的传输效率,并通过等离子共振激发出光电子,同时与TiO2相互作用,使其在可见光区域也能够促进电子-空穴对的分离。     

锐钛矿型TiO_2(101)面与Ag相互作用的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对锐钛矿型TiO_2(101)面上两种键桥形式吸附Ag原子的吸附能、电子布居、单位键长及电子结构等参数进行计算,研究Ag/锐钛矿型TiO_2复合材料中的Ag与TiO_2的相互作用。研究发现,锐钛矿型TiO_2(101)吸附Ag原子时,将是O-Ag之间的电子转换;并且,Ag原子更容易与锐钛矿型TiO_2(101)面的键桥Ti上的O原子发生反应生成相应的化合物。     

纳米复合材料CdS/TiO2NTs的制备及光催化产氢活性

通过离子交换和沉淀反应制备纳米复合材料CdS/TiO2NTs.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、漫反射紫外-可见吸收光谱(DRUVAS)、荧光光谱(FES)、X射线荧光分析(XRF)等手段对该复合材料的结构进行表征.SEM结果表明:钛酸盐纳米管的形成经由TiO2颗粒-片状的钛酸盐-卷曲的钛酸盐纳米管的自组装过程.XRD、DRUVAS、FES和FES结果表明:平均粒度大约 8 nm 的六方相CdS均匀的负载于锐钛矿型TiO2纳米管表面,其吸收边扩展到可见区.与TiO2纳米管及TiO2粉末相比,CdS/TiO2NTs 纳米复合材料展示了较高的可见光催化分解水产氢活性.     

TiCl_4水解法制备TiO_2纳米颗粒包覆Ag纳米线阵列结构

采用水热法制备了TiO2纳米颗粒包覆Ag纳米线阵列结构。通过选区电子衍射手段确定了TiO2包覆层的晶体结构为锐钛矿。研究了TiCl4溶液浓度和温度对TiO2/Ag包覆结构形貌的影响,结果显示0.1 mol/L的TiCl4溶液能够得到连续均匀的TiO2包覆层,当TiCl4溶液浓度高于0.1mol/L时,水解产生的HCl在水热环境下会对Ag纳米线造成不同程度的腐蚀。80℃条件下能够得到较为均匀的TiO2包覆层和较高的结晶度;温度过低时,TiO2包覆层的结晶不明显,温度过高时,水解产生的HCl会对Ag纳米线产生腐蚀。